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DE102009046866A1 - bicycle - Google Patents

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cardan
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Martin Zlindra
Sigmund Braun
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrrad, das einen Kurbeltrieb (6), einen Kardanantrieb (3) mit einer Kardanwelle (4), und einen Elektromotor (2) umfasst, wobei der Kurbeltrieb (6) und der Elektromotor (2) mit dem Kardanantrieb (3) verbunden sind.The invention relates to a bicycle that comprises a crank mechanism (6), a cardan drive (3) with a cardan shaft (4), and an electric motor (2), the crank mechanism (6) and the electric motor (2) with the cardan drive (3 ) are connected.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrrad mit einem Kardanantrieb und einem Elektromotor.The present invention relates to a bicycle with a cardan drive and an electric motor.

Fahrräder mit einem Kardanantrieb sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt, wobei sich Kardanantriebe durch ihre Leichtgängigkeit und Geräuscharmut auszeichnen.Bicycles with a cardan drive are known from the prior art in different configurations, with cardan drives are characterized by their ease and low noise.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Fahrrad bereitgestellt, das einen Kardanantrieb zur Drehmomentübertragung und einen Elektromotor zur Antriebskraftunterstützung umfasst. Hierbei sind der Kurbeltrieb und der Elektromotor mit dem Kardanantrieb verbunden. Das Fahrrad mit elektrisch unterstütztem Kardantrieb weist ein geringes Gewicht sowie einen leichtgängigen, robusten und wartungsfreundlichen Aufbau auf und ist kostengünstig herstellbar. Ein Abtrieb eines Drehmoments des Elektromotors kann somit ohne große Verluste über den Kardanantrieb erfolgen.According to the invention, a bicycle is provided which comprises a shaft drive for transmitting torque and an electric motor for driving force assistance. Here, the crank mechanism and the electric motor are connected to the shaft drive. The bicycle with electrically supported cardan drive has a low weight and a smooth, robust and easy to maintain construction and is inexpensive to produce. An output of a torque of the electric motor can thus be done without major losses on the shaft drive.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet eine Kardanwelle des Kardanantriebs einen Rotor des Elektromotors. Hierdurch wird eine Reduzierung der Bauteile sowie des Bauvolumens und des Gewichts erreicht. Durch die große Baulänge des Rotors können zudem hohe Antriebsmomente bei relativ geringem Außendurchmesser des Elektromotors überfragen werden.According to a preferred embodiment of the invention, a cardan shaft of the cardan drive forms a rotor of the electric motor. As a result, a reduction of the components and the overall volume and weight is achieved. Due to the large length of the rotor also high drive torques can be asked with relatively small outer diameter of the electric motor.

Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Kombination eines Elektromotors mit einem Kardanantrieb realisiert werden.In this way, a particularly advantageous combination of an electric motor can be realized with a shaft drive.

Vorzugsweise sind an der Kardanwelle ein Antriebszahnrad zur Aufnahme eines Antriebsmoments vom Kurbeltrieb und ein Abtriebszahnrad zur Abgabe eines Abtriebsmoments an ein Hinterrad befestigt. Durch eine große Übersetzung zwischen dem Kurbeltrieb und dem Antriebszahnrad der Kardanwelle und eine entsprechend große Untersetzung zwischen dem Abtriebszahnrad der Kardanwelle und einem Ritzel des Hinterrads wird eine hohe Drehzahl der Kardanwelle bzw. des Rotors erreicht, so dass der Elektromotor mit geringer Masse ausgelegt werden kann. Dies trägt wesentlich zu einer Gesamt-Gewichtsreduzierung des Fahrrads bei.Preferably, a drive gear for receiving a drive torque from the crank mechanism and a driven gear for outputting a driven torque to a rear wheel are attached to the propeller shaft. By a large ratio between the crank mechanism and the drive gear of the propeller shaft and a correspondingly large reduction between the output gear of the propeller shaft and a pinion of the rear wheel, a high speed of the propeller shaft or the rotor is achieved, so that the electric motor can be designed with low mass. This contributes significantly to an overall weight reduction of the bicycle.

Ferner bevorzugt umfasst der Kardanantrieb ein auf der Kardanwelle angeordnetes Fahrradschaltgetriebe. Durch die Integration des Fahrradschaltgetriebes in das Gehäuse des Kardanantriebs wird eine äußerst kompakte Bauform erreicht und das Fahrradschaltgetriebe vor Verschmutzung geschützt. Bei einer elektromechanischen Betätigung des Fahrradschaltgetriebes kann zudem ein dazu erforderlicher Verkabelungsaufwand entfallen und eine einfache Steuerung des elektromechanischen Fahrradschaltgetriebes in Verbindung mit dem Elektromotor realisiert werden.Further preferably, the cardan drive comprises a arranged on the propeller shaft bicycle transmission. The integration of the bicycle transmission in the housing of the cardan drive an extremely compact design is achieved and protects the bicycle transmission from contamination. In an electromechanical actuation of the bicycle transmission also a required wiring effort can be omitted and a simple control of the electromechanical bicycle transmission can be realized in conjunction with the electric motor.

Weiterhin bevorzugt ist das Fahrradschaltgetriebe alternativ an einer Nabe des Hinterrads angeordnet. Hierdurch wird die kostengünstige Verwendung von herkömmlichen Schaltgetrieben ermöglicht und eine besonders einfache und kompakte Bauform erreicht.Further preferably, the bicycle transmission is alternatively disposed on a hub of the rear wheel. As a result, the cost-effective use of conventional manual transmissions is made possible and achieved a particularly simple and compact design.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse des Elektromotors als Querstrebe für das Hinterrad ausgebildet. Hierdurch kann der Kardanantrieb auf einfache Weise in den Rahmen des Fahrrads integriert werden. Durch die schlanke Bauform wird ein attraktives und gleichzeitig unauffälliges Design erreicht, das im Wesentlichen einem konventionellen Fahrrad gleicht. Dies ermöglicht eine unsichtbare Integration des Elektromotors in das Fahrrad.In a further advantageous embodiment of the invention, the housing of the electric motor is designed as a transverse strut for the rear wheel. As a result, the shaft drive can be easily integrated into the frame of the bicycle. The slim design achieves an attractive and at the same time inconspicuous design, which is essentially similar to a conventional bicycle. This allows an invisible integration of the electric motor in the bike.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor parallel zum Kardanantrieb angeordnet, wobei der Elektromotor über eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit der Kardanwelle verbunden ist. Durch die achsparallele Anordnung des Elektromotors und eine entsprechende Übersetzung der Drehmomentübertragungseinrichtung ist eine zusätzliche Erhöhung der Drehzahl des Elektromotors realisierbar, sodass dieser mit einer entsprechend reduzierten Masse ausgelegt sein kann. Außerdem wird dadurch auf einfache Weise ein Austausch des Elektromotors ermöglicht.According to a preferred embodiment of the invention, the electric motor is arranged parallel to the shaft drive, wherein the electric motor is connected via a torque transmission device with the propeller shaft. Due to the axis-parallel arrangement of the electric motor and a corresponding translation of the torque transmission device, an additional increase in the speed of the electric motor can be realized, so that it can be designed with a correspondingly reduced mass. In addition, a replacement of the electric motor is made possible in a simple manner.

Vorzugsweise umfasst die Drehmomentübertragungseinrichtung ein oder mehrere Zahnradpaare oder einen Riemenantrieb. Hierdurch wird eine kompakte, betriebssichere und wartungsfreundliche Drehmomentübertragung zum Kardanantrieb erreicht. Ferner kann die erforderliche Übersetzung auf einfache Weise angepasst bzw. geändert werden.Preferably, the torque transmitting device comprises one or more gear pairs or a belt drive. As a result, a compact, reliable and easy to maintain torque transmission is achieved for the cardan drive. Furthermore, the required translation can be easily adapted or changed.

Weiterhin bevorzugt weist das Fahrrad eine Rücktrittbremse auf. Die Verwendung einer handelsüblichen Rücktrittbremse in Verbindung mit dem Kardanantrieb trägt zur einfachen und kostengünstigen Bauweise des Fahrrads bei. Außerdem kann durch die Betätigung der Rücktrittbremse eine automatische Abschaltung des Elektromotors erfolgen, was wesentlich zur Betriebs- und Verkehrsicherheit des Fahrrads beiträgt.Further preferably, the bicycle has a coaster brake. The use of a commercial coaster brake in conjunction with the propeller drive contributes to the simple and inexpensive construction of the bike. In addition, an automatic shutdown of the electric motor can be done by the operation of the coaster brake, which contributes significantly to the operational and safety of the bicycle.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 eine schematische Ansicht eines Fahrrads mit einem integrierten elektrischen Zusatzantrieb gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 a schematic view of a bicycle with an integrated electric auxiliary drive according to a first embodiment of the invention,

2 eine schematische Teil-Schnittansicht eines Kardanantriebs des Ausführungsbeispiels, 2 a schematic partial sectional view of a shaft drive of the embodiment,

3 eine schematische Teil-Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels, und 3 a schematic partial sectional view of a second embodiment, and

4 eine schematische Teil-Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels. 4 a schematic partial sectional view of a third embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 ein Fahrrad gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.The following is with reference to 1 and 2 a bicycle according to a first preferred embodiment of the invention described in detail.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrrads 1 mit einem integrierten elektrischen Zusatzantrieb. Wie aus 1 ersichtlich, umfasst das Fahrrad 1 ferner einen Kardanantrieb 3 mit einer Kardanwelle 4, welche in einem Elektromotor 2 (siehe 2) integriert ist. Der Kardanantrieb 3 ist zwischen einem Kurbeltrieb 6 und einer Nabe 8 eines Hinterrads 7 angeordnet und bildet eine Querstrebe 20 eines Rahmens 5 des Fahrrads 1. Ferner umfasst das Fahrrad 2 eine. Steuereinheit 11 für den Elektromotor 2, eine an einem Lenker 13 angeordnete Bedieneinheit 12 und eine im Rahmendreieck zwischen einem Sattelrohr 9 und einem Unterohr 14 des Rahmens 5 angeordnete wiederaufladbare Energiequelle 10. Wie aus 1 weiter ersichtlich, ist die Steuereinheit 11 am Unterohr 14 befestigt und mit dem Elektromotor 2 und der Bedieneinheit 12 an einem Lenker 13 des Fahrrads 2 verbunden. Die Steuereinheit 11 ist zur Energieversorgung ebenso wie der Elektromotor 2 an der wiederaufladbaren Energiequelle 10 angeschlossen. 1 shows a schematic representation of a bicycle 1 with an integrated electric auxiliary drive. How out 1 As can be seen, the bicycle includes 1 also a cardan drive 3 with a cardan shaft 4 which is in an electric motor 2 (please refer 2 ) is integrated. The cardan drive 3 is between a crank mechanism 6 and a hub 8th a rear wheel 7 arranged and forms a cross strut 20 a frame 5 of the bicycle 1 , Furthermore, the bike includes 2 a. control unit 11 for the electric motor 2 , one on a handlebar 13 arranged operating unit 12 and one in the frame triangle between a seat tube 9 and a lower ear 14 of the frame 5 arranged rechargeable power source 10 , How out 1 further apparent is the control unit 11 on the lower ear 14 attached and with the electric motor 2 and the control unit 12 on a handlebar 13 of the bicycle 2 connected. The control unit 11 is to power as well as the electric motor 2 at the rechargeable energy source 10 connected.

Wie aus der Teil-Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Fahrrads 1 von 2 ersichtlich, ist an einer Tretkurbelwelle 27 des Kurbeltriebs 6, die durch ein Tretkurbellager 28 am Rahmen 5 des Fahrrads 1 gelagert ist, ein Abtriebszahnrad 25 befestigt. Das Abtriebszahnrad 25 überträgt ein durch einen Fahrer am Kurbeltrieb 6 erzeugtes Drehmoment auf ein Antriebszahnrad 15 des Kardanantriebs 3, das an der Kardanwelle 4 befestigt ist. Wie aus 2 weiter ersichtlich, ist die Kardanwelle 4 im Inneren eines Gehäuses 18 des Kardanantriebs 3 durch ein erstes Lager 23 und ein zweites Lager 24 gelagert. Die Kardanwelle 4 bildet hierbei gleichzeitig einen Rotor des Elektromotors 2, der im Inneren des Gehäuses 18 von einem Stator 17 umgeben ist. An einem dem Hinterrad 7 zugewandten Ende der Kardanwelle 4 ist ein Abtriebszahnrad 16 zur Drehmomentübertragung an ein Ritzel 26 befestigt. Auf der Nabe 8 des Hinterrads 7 ist ferner ein Fahrradschaltgetriebe 21 angeordnet, das auf konventionelle Weise über eine hier nicht dargestellte Betätigungseinrichtung mechanisch betätigt wird. Auf diese Weise werden eine kompakte und leichte Baugruppe sowie eine nicht sichtbare Integration des Elektromotors in den Kardanantrieb erreicht.As is the partial sectional view of a first embodiment of the bicycle 1 from 2 can be seen, is on a pedal crankshaft 27 of the crank mechanism 6 passing through a bottom bracket 28 at the frame 5 of the bicycle 1 is stored, a driven gear 25 attached. The output gear 25 transmits by a driver on the crank mechanism 6 generated torque on a drive gear 15 of the cardan drive 3 at the propshaft 4 is attached. How out 2 further apparent is the cardan shaft 4 inside a case 18 of the cardan drive 3 through a first camp 23 and a second camp 24 stored. The cardan shaft 4 at the same time forms a rotor of the electric motor 2 inside the case 18 from a stator 17 is surrounded. At one the rear wheel 7 facing end of the propshaft 4 is an output gear 16 for torque transmission to a pinion 26 attached. On the hub 8th the rear wheel 7 is also a bicycle transmission 21 arranged, which is mechanically actuated in a conventional manner via an actuator, not shown here. In this way, a compact and lightweight assembly and a non-visible integration of the electric motor can be achieved in the shaft drive.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3 ein Fahrrad gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind hier mit denselben Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.The following is with reference to 3 a bicycle according to a second preferred embodiment of the invention described in detail. Identical or functionally identical components are designated here by the same reference numerals as in the first embodiment.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel weist der Kardanantrieb 3 hierbei ein auf der Kurbelwelle 4 in Antriebsrichtung hinter dem Elektromotor 2 angeordnetes, elektromechanisch betätigtes Fahrradschaltgetriebe 31 auf. Dieses Fahrradschaltgetriebe 31 kann aufgrund der benachbarten Anordnung zum Elektromotor 2 ohne großen Verkabelungsaufwand angeschlossen und mit der Steuereinheit 11 verbunden werden.In contrast to the first embodiment, the cardan drive 3 this one on the crankshaft 4 in the drive direction behind the electric motor 2 arranged, electromechanically actuated bicycle transmission 31 on. This bicycle gearbox 31 may due to the adjacent arrangement to the electric motor 2 connected without major cabling and with the control unit 11 get connected.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 ein Fahrrad gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind hier mit denselben Bezugszeichen wie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel bezeichnet.The following is with reference to 4 a bicycle according to a third preferred embodiment of the invention described in detail. Identical or functionally identical components are designated here by the same reference numerals as in the first and second embodiments.

Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen ist der Elektromotor 2 bei diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des Gehäuses 18 des Kardanantriebs 3 achsparallel zur Kurbelwelle 4 angeordnet und treibt über eine Motorwelle 32 und über eine Drehmomentübertragungseinrichtung 22 die Kardanwelle 4 an. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 22 ist ein Zahnradpaar oder kann alternativ auch als Riemenantrieb mit einer zur Drehzahlerhöhung der Kardanwelle 4 gewünschten bzw. erforderlichen Übersetzung ausgebildet sein. Hierdurch wird eine kompakte, betriebssichere sowie wartungsfreundliche Drehmomentübertragung zum Kardanantrieb erreicht. Ferner kann der Elektromotor dadurch leicht ausgetauscht sowie die Übersetzung der Drehmomentübertragungseinrichtung auf einfache Weise dem gewünschten Einsatzzweck des Fahrrads angepasst werden.In contrast to the first and second embodiments described above, the electric motor 2 in this embodiment, outside the housing 18 of the cardan drive 3 paraxial to the crankshaft 4 arranged and drives over a motor shaft 32 and via a torque transmitting device 22 the cardan shaft 4 at. The torque transmitting device 22 is a gear pair or alternatively can also be used as a belt drive with an increase in speed of the propeller shaft 4 be designed desired or required translation. As a result, a compact, reliable and easy to maintain torque transmission is achieved for shaft drive. Furthermore, the electric motor can be easily replaced and the translation of the torque transmission device can be easily adapted to the desired application of the bicycle.

Claims (9)

Fahrrad, umfassend: – einen Kurbeltrieb (6) – einen Kardanantrieb (3) mit einer Kardanwelle (4), und – einen Elektromotor (2), wobei der Kurbeltrieb (6) und der Elektromotor (2) mit dem Kardanantrieb (3) verbunden sind.Bicycle comprising: - a crank drive ( 6 ) - a cardan drive ( 3 ) with a cardan shaft ( 4 ), and - an electric motor ( 2 ), wherein the crank mechanism ( 6 ) and the electric motor ( 2 ) with the cardan drive ( 3 ) are connected. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kardanwelle (4) einen Rotor des Elektromotors (2) bildet.Bicycle according to claim 1, characterized in that the cardan shaft ( 4 ) a rotor of the electric motor ( 2 ). Fahrrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kardanwelle (4) ein Antriebszahnrad (15) zur Aufnahme eines Antriebsmoments vom Kurbeltrieb (6) und ein Abtriebszahnrad (16) zur Abgabe eines Abtriebsmoments an ein Hinterrad (7) befestigt ist.Bicycle according to claim 1 or 2, characterized in that on the cardan shaft ( 4 ) a drive gear ( 15 ) for receiving a drive torque from the crank mechanism ( 6 ) and a driven gear ( 16 ) for outputting an output torque to a rear wheel ( 7 ) is attached. Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kardanantrieb (3) ein auf der Kardanwelle (4) angeordnetes Fahrradschaltgetriebe (31) umfasst.Bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that the cardan drive ( 3 ) on the cardan shaft ( 4 ) arranged bicycle transmission ( 31 ). Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrradschaltgetriebe (21) an einer Nabe (8) des Hinterrads (7) angeordnet ist.Bicycle according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bicycle transmission ( 21 ) on a hub ( 8th ) of the rear wheel ( 7 ) is arranged. Fahrrad nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (18) des Elektromotors (2) als Querstrebe (20) für das Hinterrad (7) ausgebildet ist.Bicycle according to one of claims 2 to 5, characterized in that a housing ( 18 ) of the electric motor ( 2 ) as a cross brace ( 20 ) for the rear wheel ( 7 ) is trained. Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) parallel zum Kardanantrieb (3) angeordnet ist, wobei der Elektromotor (2) über eine Drehmomentübertragungseinrichtung (22) mit der Kardanwelle (4) verbunden ist.Bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor ( 2 ) parallel to the cardan drive ( 3 ), wherein the electric motor ( 2 ) via a torque transmission device ( 22 ) with the cardan shaft ( 4 ) connected is. Fahrrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung (22) ein oder mehrere Zahnradpaare oder einen Riemenantrieb umfasst.Bicycle according to claim 7, characterized in that the torque transmission device ( 22 ) comprises one or more gear pairs or a belt drive. Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrrad eine Rücktrittbremse aufweist.Bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that the bicycle has a coaster brake.
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